JP2001342063A

JP2001342063A - 低温焼成磁器組成物、低温焼成磁器とその製造方法、並びにそれを用いた配線基板とその製造方法

Info

Publication number: JP2001342063A
Application number: JP2000160746A
Authority: JP
Inventors: Shinya Kawai; 信也川井
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2001-12-11

Abstract

(57)【要約】【課題】低温焼成が可能で、金、銀、銅などの低抵抗金
属を導体材料として同時焼成が可能であり、高熱伝導率
かつ低誘電率を有し、高い熱放散性と高周波信号の遅延
時間が小さい絶縁基板に適した磁器を得る。【解決手段】絶縁基板１と、メタライズ配線層２とを具
備する配線基板において、絶縁基板１を、ＡｌＮ、Ｓｉ
₃Ｎ₄、ＳｉＣ、ＢＮなどの非酸化物系セラミックフィラ
ーを５〜７０重量％と、ガラス転移点が８００℃以下で
あり、かつ１２００℃で加熱溶融したガラス融液中に純
度９６重量％以上の前記非酸化物系セラミックスを５分
間浸積した後の単位表面積あたりの重量減少が０．１５
ｇ／ｃｍ²以下のホウ珪酸系ガラスを３０〜９５重量％
との割合で混合し、これを所定形状に成形後、８００〜
１０００℃にて焼成した磁器によって形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子収納用
パッケージ、多層配線基板等に適用される配線基板等に
最適な低温焼成が可能な磁器組成物、磁器とその製造方
法、ならびにこれを用いた配線基板とその製造方法に関
するものであって、特に、信号遅延を低減する事が可能
とするために、銅、銀、金等の低抵抗導体材料と同時焼
成が可能で、誘電率が低く、かつ半導体素子等の能動素
子の動作時等に発生する熱を効率よく放散することが可
能な磁器の改良に関するものである。

【０００２】

【従来技術】近年、高度情報化時代を迎え、情報通信技
術の急激な発達に伴い、半導体素子の高速化、大型化が
進行している。そのため、半導体素子の高速化に伴い、
パッケージや基板等における信号遅延の問題が大きくな
っている。同時に、半導体素子の大型化に伴う発熱量の
増加による、パッケージや基板等における熱抵抗の問題
も大きくなっている。

【０００３】従来より、セラミック多層配線基板として
は、アルミナ質セラミックスからなる絶縁層の表面また
は内部にタングステンやモリブデンなどの高融点金属か
らなる配線層が形成されたアルミナ配線基板が最も普及
している。

【０００４】ところが、従来のアルミナ配線基板では、
その導体であるタングステン（Ｗ）や、モリブデン（Ｍ
ｏ）などの高融点金属は導体抵抗が大きく、さらにアル
ミナの誘電率も９程度と高いことから、信号遅延が大き
いという問題があった。そこで、Ｗ、Ｍｏなどの金属に
代えて、銅、銀、金などの低抵抗金属を導体として使用
し、さらに絶縁層の誘電率を低くすることが要求されて
いる。

【０００５】そのため、最近では、ガラス、または、ガ
ラスとセラミックとの複合材料であるガラスセラミック
を絶縁層として用いることにより、１０００℃以下の低
温焼成を可能とし、融点の低い銅、銀、金などの低抵抗
金属を導体として使用できるようにし、かつ誘電率をア
ルミナよりも低くすることが可能な、ガラスセラミック
ス製の配線基板が開発されつつある。

【０００６】例えば、特公平４−１２６３９号のよう
に、ガラスにＳｉＯ₂系フィラーを添加した絶縁層と、
銅、銀、金などの低抵抗金属からなる配線層とを９００
〜１０００℃の温度で同時焼成した多層配線基板や、特
開昭６０−２４０１３５号のように、ホウ珪酸亜鉛系ガ
ラスに、アルミナ、ジルコニア、ムライトなどのフィラ
ーを添加したものを低抵抗金属と同時焼成したものなど
が提案されている。その他、特開平５−２９８９１９号
には、ムライトやコージェライトを結晶相として析出さ
せたガラスセラミック材料も提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記に挙げた
ような従来のガラスセラミックにおいては、熱伝導率が
０．５〜１．５Ｗ／ｍ・Ｋ程度と低く、熱放散性におい
て従来のアルミナ等に比べて劣っていた。そこで、特開
昭６３−３０７１８２号や特開平４−２５４４７７号等
に記載されるような、高熱伝導性を有するＡｌＮとガラ
スとを焼成したガラスセラミックスを用いた配線基板が
提案されている。

【０００８】しかしながら、ＡｌＮ等の非酸化物系セラ
ミックスをフィラーとして用いると、焼成中にガラスと
非酸化物系セラミックフィラーとが反応し、焼成中に非
酸化物系セラミックフィラーが分解して、分解ガスが発
生し、このガスによって磁器が膨張したり、寸法精度が
上がらない等の問題があった。また、磁器表面に気泡が
発生し、表面が荒れたり、メタライズ配線層が剥がれる
などの問題があり、安定して良好な磁器を得ることが難
しく、歩留まりが低く、工業製品としての実用上大きな
問題があり、事実上量産は困難であった。かかる現象
は、特に、大気などの酸化性雰囲気中での焼成で顕著と
なるため、銀を導体とする配線層の形成が非常に困難で
あったり、銅配線を行う際に脱バインダー不良が起こり
易いなどという問題があった。

【０００９】従って、本発明は、銀、銅、金等の低抵抗
金属、なかでも銀と同時焼成が可能であり、高熱伝導
率、低誘電率を有する磁器組成物および磁器、およびそ
れを用いた配線基板を歩留まりよく提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
鋭意検討した結果、ホウ珪酸系ガラスと非酸化物系セラ
ミックフィラーとを組み合わせにおいて、前記ホウ珪酸
系ガラスとして、１２００℃に加熱溶融した融液中に前
記非酸化物系セラミックスを５分間浸積した後の重量減
少が該セラミックスの単位表面積あたり０．１５ｇ／ｃ
ｍ²以下であるものを使用することにより、銀、銅、金
等の低抵抗、低融点金属、なかでも銀と同時焼成を可能
としつつ、高熱伝導率、低誘電率を有する磁器組成物お
よび磁器、およびそれを用いた配線基板を歩留まりよく
提供することができることを知見し、本発明に至った。

【００１１】即ち、本発明における低温焼成磁器組成物
は、ホウ珪酸系ガラスが３０〜９５重量％と、非酸化物
系セラミックフィラーが５〜７０重量％とからなり、前
記ガラスのガラス転移点が８００℃以下であり、かつ該
ガラスを１２００℃で加熱溶融したガラス融液中に、純
度９６重量％以上の前記非酸化物系セラミックスを５分
間浸積した後の重量減少が該セラミックスの単位表面積
あたり０．１５ｇ／ｃｍ²以下であるガラスを用いるこ
とを特徴とするものである。

【００１２】また、本発明における低温焼成磁器は、上
記の磁器組成物を用いて、非酸化物系セラミック相と、
ホウ珪酸系ガラス相とからなるものであって、相対密度
が９５％以上の緻密質からなるとともに、熱伝導率が２
Ｗ／ｍ・Ｋ以上であって、断面観察における全ボイド数
に対する円形ボイド数の比率が５０％以下であることを
特徴とするものであって、かかる磁器を低抵抗金属から
なる配線層を具備する配線基板における絶縁基板として
用いる。

【００１３】また、上記磁器の製造方法によれば、上記
の磁器組成物を用いて、所定形状に成形した後に、１０
００℃以下で焼成してなるものであって、特に、焼成雰
囲気が酸化性雰囲気からなることを特徴とするものであ
って、配線基板の作製にあたっては、上記成形体表面に
低抵抗金属からなる導体ペーストを印刷塗布した後に、
１０００℃以下で焼成することを特徴とするものであ
る。

【００１４】なお、本発明においては、非酸化物系セラ
ミックフィラーおよび非酸化物系セラミック相は、Ａｌ
Ｎ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、ＢＮの群から選ばれる１種以上
が挙げられる。

【００１５】また、ガラスとしては、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｕ
およびアルカリ金属元素の含有量が総量で０．５重量％
以下であることが非酸化物系セラミックフィラーとの反
応性を抑制制御する上で最も効果的である。さらにかか
るガラスは、上記組成物の焼成によって一部または全部
が結晶化していることが強度および熱伝導率を高める上
で望ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の低温焼成磁器組成物は、
ホウ珪酸系ガラスを３０〜９５重量％、特に３２．５〜
８５重量％、最適には３５〜７５重量％と、非酸化物系
セラミックフィラーを５〜７０重量％、特に１５〜６
７．５重量％、最適には２５〜６５重量％とからなるも
のである。

【００１７】ガラスおよびフィラーの組成を上記範囲に
限定したのは、ホウ珪酸系ガラスが３０重量％より少な
い，あるいは非酸化物系セラミックフィラーが７０重量
％よりも多いと１０００℃以下の低温焼成において該組
成物を相対密度９５％以上に緻密化することが困難とな
り、前記ガラスが９５重量％を超える、あるいは非酸化
物系セラミックフィラーが５重量％よりも少ないと、磁
器の熱伝導率の向上効果が不十分となる為である。

【００１８】前記ホウ珪酸系ガラスとしては、ガラス転
移点が８００℃以下、特に７５０℃以下、最適には７０
０℃以下であることが必要である。これは、ガラス転移
点が８００℃よりも高いと、１０００℃以下の焼成にお
いて該組成物を緻密化することが困難となる為である。

【００１９】さらに、本発明において用いるガラスとし
ては、そのガラスを１２００℃で加熱溶融してガラス融
液を形成し、この融液中に、純度９６重量％以上の前記
非酸化物系セラミックスを５分間浸積した後の重量減少
が該セラミックスの単位表面積あたり０．１５ｇ／ｃｍ
²以下、特に０．１２ｇ／ｃｍ²以下、最適には０．１ｇ
／ｃｍ²以下であることが重要である。

【００２０】上記の試験による非酸化物系セラミックス
の重量減少は、用いるガラスとフィラーとして添加する
非酸化物系セラミックスとの焼成時の反応性を評価する
方法であって、かかる試験方法による重量減少が０．１
５ｇ／ｃｍ²よりも大きいと、非酸化物系セラミックフ
ィラーとの反応が進行して、ガスが発生し、該組成物の
寸法精度の悪化や該組成物の表面に気泡が発生したりし
て歩留まりが著しく低下したり、発生した気泡が多くな
りすぎて、緻密な磁器が得られないためである。

【００２１】なお、上記の評価方法で用いられる非酸化
物系セラミックスとしては、用いる非酸化物系セラミッ
クフィラー成分が９６重量％以上含有され、相対密度が
９５％以上のものであれば、特に限定するものではな
く、他の成分として周知の焼結助剤などを含んでいても
測定される重量減少量への影響はほとんどない。

【００２２】また、本発明において、ホウ珪酸系ガラス
とは、ガラス成分として、ＳｉＯ₂と、Ｂ₂Ｏ₃を必須成
分として含有するガラスであって、具体的には、ＳｉＯ
₂を１５〜７０重量％、Ｂ₂Ｏ₃を０．５〜３０重量％の
割合で含有するもので、さらに他の成分として、Ｍｇ
Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯ、Ａｌ₂Ｏ₃の群か
ら選ばれる少なくとも１種を含有することもできる。

【００２３】しかしながら、前述したように、本発明に
よれば、非酸化物系セラミックフィラーとの反応性を抑
制することが非常に重要である。この反応性は、前述し
たような評価方法で定められるが、反応性を抑制する上
では、ガラスの組成、焼成温度、焼成雰囲気等を適宜制
御することが必要である。特に、ガラス組成において
は、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｕおよびアルカリ金属元素の含有量
が総量で０．５重量％以下、特に０．３重量％以下、さ
らには０．１重量％以下であることが望ましい。これ
は、上記の特定成分は、非酸化物系セラミックフィラー
との反応を促進する成分であって、これらが上記の比率
を超えて存在すると、前記評価方法においても重量減少
が０．１５ｇ／ｃｍ²を超えてしまうおそれがある。

【００２４】さらに、用いるガラスとしては、それ単
体、あるいはフィラーを含む組成物を焼成した際に、結
晶化することによって熱伝導率と強度の向上を図ること
ができる。具体的には、焼成によってガラスの２０％以
上、特に３０％以上が結晶化することが望ましい。

【００２５】ガラスの結晶化によって析出する結晶相と
しては、周知のものが挙げられ、例えば、ＳｉＯ₂、Ａ
ｌ₂Ｏ₃、ＳｒＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈、ＢａＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈、Ｃａ
Ａｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄、ＺｎＡｌ₂Ｏ₄、ＭｇＳ
ｉＯ₃、Ｍｇ₂ＳｉＯ₄、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄、Ｃａ₂ＭｇＳｉ₂
Ｏ₇、Ｓｒ₂ＭｇＳｉ₂Ｏ₇、Ｂａ₂ＭｇＳｉ₂Ｏ₇、ＣａＭ
ｇＳｉ₂Ｏ₆、Ｍｇ₂Ａｌ₄Ｓｉ₅Ｏ₁₈、Ｚｎ₂Ａｌ₄Ｓｉ₅Ｏ
₁₈、ムライトが挙げられる。なお、ガラスの結晶化度
（％）は、リートベルト解析によって求めることができ
る。

【００２６】一方、本発明において用いられる非酸化物
系セラミックフィラーとしては、ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｓ
ｉＣ、ＢＮの群から選ばれる少なくとも１種、特に高熱
伝導化を図る上では、ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄の群から選ばれ
る少なくとも１種からなることが望ましい。また、この
組成物における非酸化物系セラミックフィラーは粉末と
して、その平均粒径が０．５〜３０μｍであることが望
ましい。これは、平均粒径が０．５μｍよりも小さい
と、熱伝導率の向上効果が不十分であって、３０μｍよ
りも大きいと均一な成形体を得ることが困難となるため
である。

【００２７】本発明において、磁器を作製するには、上
記の組成物からなる混合物に、所定の有機バインダーを
添加した後、所定形状に成形する。成形方法としては、
周知の方法が使用され、例えば、金型プレス、射出成
形、鋳込み成形、押し出し成形、冷間静水圧成形、ドク
ターブレード法等が挙げられる。

【００２８】そして、かかる成形体を４００〜７５０℃
で加熱して有機バインダ成分を分解除去した後、１００
０℃以下で焼成することによって磁器を作製することが
できる。

【００２９】この組成物は、雰囲気が大気などの酸化性
雰囲気であっても、ガラスと非酸化物系セラミックスと
の反応性が抑制されているために、有機バインダの除去
を大気中で処理することが可能であり、さらにはその後
に窒素などの不活性雰囲気、窒素／水素混合雰囲気のみ
ならず、大気などの酸化性雰囲気中で焼成しても、緻密
な磁器を作製することができる。

【００３０】上記のようにして作製される磁器は、非酸
化物系セラミック相を５〜７０重量％と、ホウ珪酸系ガ
ラス相を３０〜９５重量％の割合で含み、相対密度が９
５％以上、特に９６％以上の緻密質からなる。

【００３１】また、非酸化物系セラミックスとガラスと
の反応が進行すると、Ｎ₂、ＮＯｘ、ＮＨ₃、ＣＯ、ＣＯ
₂等の分解ガスが発生し、そのガスが磁器中に円形のボ
イドとして多数残存するが、本発明によれば、非酸化物
系セラミックスとガラスとの反応を抑制することができ
る結果、分解ガスによる円形ボイドの発生を低減するこ
とができる。即ち、この円形ボイドの数が反応性の有無
の指標となるのである。従って、本発明の磁器中にお
いては、断面観察において、磁器中に存在するボイドは
健全な焼結過程で生成されたいびつ形状のボイドを主体
とするもので、分解ガスによる円形ボイド数が少なく、
具体的には全ボイド数に対する円形ボイド数の比率が５
０％以下、特に４０％以下、さらには３０％以下である
ことが大きな特徴である。

【００３２】なお、円形ボイドと、いびつ形状のボイド
の区別としては、観察されるボイドのＪＩＳＢ０６２１
による真円度とそのときの基準円との比が３０％以下の
ものを円形ボイドと見なして計算する。

【００３３】さらに、本発明の磁器は、特性上、熱伝導
率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上、特に２．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、最
適には３Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導性を具備する。

【００３４】本発明の磁器においては、結晶相として、
非酸化物系セラミック相として、ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｓ
ｉＣ、ＢＮの群から選ばれる少なくとも１種、特にＡｌ
Ｎ、Ｓｉ₃Ｎ₄の群から選ばれる少なくとも１種を含有す
る。これらの結晶相は、該磁器の熱伝導率を向上させる
ために必要である。

【００３５】図１に、本発明の磁器の組織を説明するた
めの概略図を示した。図１に示される通り、本発明の磁
器は、非酸化物系セラミック相（Ｎ）と、その非酸化物
系セラミック相（Ｎ）の周囲に、マトリックス相とし
て、ホウ珪酸系ガラス相（Ｇ）が存在する。また、この
ホウ珪酸系ガラス相（Ｇ）は、一部あるいは全部が結晶
化していてもよい。さらに、磁器中には、円形ボイド
（Ｓ）およびいびつボイド（Ｂ）が点在した組織を有す
る。

【００３６】また、本発明の磁器中には、非酸化物系セ
ラミック相、ホウ珪酸系ガラス相以外に他の結晶相が存
在していてもよい。

【００３７】他の結晶相としては、特に酸化物系結晶相
が望ましく、これらの酸化物結晶相は、出発組成物にお
いて、非酸化物系セラミックフィラーおよびガラスに対
して他のフィラーとして添加してもよし、ガラス中から
析出させてもよい。

【００３８】これらの非酸化物系セラミック相以外の酸
化物結晶相を磁器内部に含有させることにより、得られ
る磁器の特性、例えば誘電率、誘電損失、熱膨張係数、
破壊強度、破壊靭性、熱伝導率等、を制御することが可
能となる。

【００３９】これらの酸化物結晶相の例としては、Ｓｉ
Ｏ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｒＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈、ＢａＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ
₈、ＣａＡｌ₂Ｓｉ₂Ｏ₈、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、ＺｎＯ、Ｍ
ｇＡｌ₂Ｏ₄、ＺｎＡｌ₂Ｏ₄、ＭｇＳｉＯ₃、Ｍｇ₂ＳｉＯ
₄、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄、Ｃａ₂ＭｇＳｉ₂Ｏ₇、Ｓｒ₂ＭｇＳｉ₂
Ｏ₇、Ｂａ₂ＭｇＳｉ₂Ｏ₇、ＣａＭｇＳｉ₂Ｏ₆、Ｍｇ₂Ａ
ｌ₄Ｓｉ₅Ｏ₁₈、Ｚｎ₂Ａｌ₄Ｓｉ₅Ｏ₁₈、ムライトの群か
ら選ばれる少なくとも１種が挙げられ、用途に合わせて
選択できる。なお、上記酸化物結晶相はここに例示した
結晶相に限定されるものではない。

【００４０】さらに、本発明の磁器は、従来のアルミナ
と比較して低誘電率を示す。これは、低誘電率のホウ珪
酸系ガラスを使用することにより、比較的誘電率の高い
ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ等を用いた場合においても、
誘電率を低く押さえることができるためであり、本発明
の磁器は誘電率が８以下、さらには７．５以下、最適に
は７．０以下を示す。これによって、この磁器を絶縁基
板とする配線基板において、磁器表面に形成された配線
層に高周波信号を伝送した場合において、高周波信号の
信号遅延時間を小さくすることができ、高周波用配線基
板における絶縁基板として好適なものである。

【００４１】本発明の上記組成物および磁器は、特に絶
縁基板と配線層とを具備する配線基板における絶縁基板
として最も有用である。そこで、図２に、配線基板とし
て典型的な例として、半導体素子を収納搭載した半導体
素子収納用パッケージの概略断面図を図２に示した。図
２によれば、パッケージＡは、絶縁基板１の表面および
／あるいは内部にメタライズ配線層２が形成され、絶縁
基板１の下面には、複数の接続用電極３が配列されてい
る。また絶縁基板１の上面中央部には、半導体素子４が
ガラス、樹脂等の接着剤を介して接着固定され、半導体
素子４はメタライズ配線層２とボンディングワイヤ５を
介して電気的に接続され、さらにその上から封止樹脂６
により覆うことにより封止されている。そして、半導体
素子４と、絶縁基板１の下面に形成された複数の接続用
電極３とは、メタライズ配線層２を介して電気的に接続
されている。

【００４２】本発明によれば、図２に示されるようなパ
ッケージにおける絶縁基板１を前述した磁器によって形
成する。さらに、メタライズ配線層２および接続用電極
３としては、銀、銅、金の群から選ばれる少なくとも１
種の低抵抗金属からなることが望ましい。

【００４３】次に、上記の磁器を用いて配線層を具備す
る配線基板を製造するには、前述したように、非酸化物
系セラミックフィラーとホウ珪酸系ガラスとからなる組
成物に、適当な有機バインダー、有機溶剤、溶媒を用い
て混合してスラリーを調製し、これを従来周知のドクタ
ーブレード法やカレンダーロール法、あるいは圧延法、
プレス成形法により、シート状に成形する。そして、こ
のシート状成形体に所望によりスルーホールを形成した
後、スルーホール内に、銅、金、銀のうちの少なくとも
１種を含む金属ペーストを充填する。

【００４４】そして、シート状成形体表面には、所定の
回路パターンを金属ペーストを用いてスクリーン印刷
法、グラビア印刷法などの配線層の厚みが５〜３０μｍ
となるように、印刷塗布する。

【００４５】その後、複数のシート状成形体を位置合わ
せして積層圧着した後、４００〜７５０℃で有機バイン
ダーなどの有機成分を酸化性雰囲気または非酸化性雰囲
気中で除去した後、１０００℃以下の酸化性雰囲気また
は非酸化性雰囲気で焼成することにより、配線基板を作
製することができる。

【００４６】なお、本発明によれば、酸化性雰囲気中で
のガラスと非酸化物系セラミックフィラーとの反応性を
抑制することができるために、配線層を銀で形成するこ
とができ、その場合には焼成温度は９００℃以下で、有
機成分の除去および焼成雰囲気をいずれも酸化性雰囲気
中で行なうことができる。

【００４７】また、配線層を銅で形成する場合には、有
機成分の除去および焼成雰囲気をＮ ₂、Ｎ₂／Ｈ₂Ｏ等の
非酸化性雰囲気とする必要がある。

【００４８】このようにして形成される配線基板の表面
には、半導体素子が搭載され配線層と信号の伝達が可能
なように接続される。接続方法としては、配線層上に直
接搭載させて接続させたり、あるいはワイヤーボンディ
ングや、ＴＡＢテープなどにより配線層と半導体素子と
が接続される。

【００４９】さらに、半導体素子が搭載された配線基板
表面に、絶縁基板と同種の絶縁材料や、その他の絶縁材
料、あるいは放熱性が良好な金属等からなるキャップを
ガラス、樹脂、ロウ材等の接着剤により接合することに
より、半導体素子を気密に封止することができ、これに
より半導体素子収納用パッケージを作製することができ
る。

【００５０】

【実施例】表１の組成からなる５種のガラスを準備し
た。

【００５１】

【表１】

【００５２】これらのガラスを白金るつぼ中に投入し、
大気中、１２００℃、１時間の条件で加熱して、溶融さ
せた。この溶融ガラス中にそれぞれ純度９６％、相対密
度９５％以上、１０×１０×０．５ｍｍの大きさのＡｌ
Ｎセラミックス、Ｓｉ₃Ｎ₄セラミックス、ＳｉＣセラミ
ックス、ＢＮセラミックスを浸積し、５分間浸漬し、セ
ラミックスを引き上げた。

【００５３】引き上げたセラミックスを、弗化水素によ
り表面に付着したガラスを除去し、単位表面積当たりの
重量減少を算出した。結果は表１に示す。

【００５４】そして、上記各結晶化ガラス粉末に対し
て、平均粒径が０．５μｍ以上の非酸化物系セラミック
粉末として、ＡｌＮ粉末、Ｓｉ₃Ｎ₄粉末、ＳｉＣ粉末、
ＢＮ粉末を用いて、表２の組成に従い混合した。

【００５５】そして、この混合物に有機バインダー、可
塑剤、トルエンを添加して、スラリーを調製した後、こ
のスラリーを用いてドクターブレード法により厚さ３０
０μｍのグリーンシートを作製した。そして、このグリ
ーンシートを５枚積層し、５０℃の温度で１００ｋｇ／
ｃｍ²の圧力を加えて熱圧着した。

【００５６】得られた積層体を大気中、５００℃で脱バ
インダーした後、大気中で表２の条件において焼成して
絶縁基板用磁器を得た。なお、磁器組成を分析した結
果、出発組成と実質的に同一であった。

【００５７】得られた磁器の中心部を鏡面加工して２０
０倍の走査型電子顕微鏡写真を任意箇所１０箇所を撮影
し、各箇所について円形ボイド数／全ボイド数の比率を
算出し、その平均を表３に示した。

【００５８】また、得られた磁器の熱伝導率を、レーザ
ーフラッシュ法にて測定した。また、磁器表面にＩｎ−
Ｇａペーストを塗布して電極とし、ＬＣＲメーターを用
いて、測定周波数１ＭＨｚにおいて誘電率を測定した。
測定の結果は表３に示した。また、磁器中における結晶
相をＸ線回折測定から同定し、ピーク強度の大きい順に
表３に示した。

【００５９】さらに、上記のグリーンシートに対して、
ビアホールを形成して銀ペーストを充填し、シート表面
に銀ペーストを配線パターンとして印刷塗布し、また、
最下層のグリーンシートの底面には、内部の配線層と導
通する電極層を形成した後、これを５層積層して、上記
と同様な条件で焼成して３５ｍｍ角、厚み１．２ｍｍの
多層配線基板をそれぞれ２００個作成した。

【００６０】このときの、寸法ばらつきを測定し、寸法
精度が±３５０μｍの良品のものの比率を算出し表３に
示した。

【００６１】また、一部の試料については、フィラー成
分として、非酸化物系セラミック粉末に代わり、コーデ
ィエライト粉末、ＺｒＯ₂粉末を用いて同様に磁器を作
製し評価した。

【００６２】

【表２】

【００６３】

【表３】

【００６４】表１〜表３の結果から明らかなように、本
発明に基づき、ガラスとして、ガラス転移点が８００℃
以下で、かつ該ガラスを１２００℃で加熱溶融したガラ
ス融液中に、純度９６重量％以上の前記非酸化物系セラ
ミックスを５分間浸積した後の重量減少が該セラミック
スの単位表面積あたり０．１５ｇ／ｃｍ²以下であるホ
ウ珪酸系ガラスと、非酸化物系セラミックフィラーとを
所定の比率で混合、焼成を行った磁器においては、非酸
化物系セラミック相も出発組成のフィラー量とほぼ同量
で存在しており、熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上、誘電率
が８以下、寸法精度良品率が８５％以上と良好な結果を
示した。

【００６５】それに対して、非酸化物系セラミックフィ
ラーの量が５重量％未満の試料Ｎｏ．１、８、１４にお
いては、いずれも熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋよりも低く、
逆に非酸化物系セラミックフィラーの量が７０重量％よ
りも多い試料Ｎｏ．７、１３、２０においては、いずれ
も緻密な磁器を得ることができなかった。

【００６６】また、非酸化物系セラミックフィラーに変
えて、フィラーとしてコーディエライト、ＺｒＯ₂を用
いた試料Ｎｏ．２７、２８では、いずれも熱伝導率が２
Ｗ／ｍ・Ｋよりも低く、さらに１２００℃で加熱溶融し
た、ガラス融液中に非酸化物系セラミックスを５分間浸
積した際の重量減少が０．１５ｇ／ｃｍ²より多いガラ
スを用いた試料Ｎｏ．２９、３０、３１、３２において
は、焼成中にガラスとフィラーが反応して、ガスを発生
する結果、寸法精度が著しく低下した。

【００６７】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、非
酸化物系セラミックフィラーと複合化させるガラスとし
て、ガラス融液中で非酸化物系セラミックスの重量減少
の小さいガラスを用いることにより、１０００℃以下の
低温で焼成が可能であり、しかも非酸化性雰囲気のみな
らず、酸化性雰囲気中での焼成においても非酸化物系セ
ラミックフィラーとガラスとの反応性を抑制することが
できるために、銀、銅、金などの低抵抗金属による配線
層を同時焼成によって形成でき、さらに、磁器が高熱伝
導率と低誘電率を有することから、熱放散性を高めると
同時に、高周波信号の信号遅延時間を小さくできる配線
基板を寸法精度よく製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の絶縁基板における磁器の組織を説明す
るための概略図である。

【図２】本発明の配線基板を用いた半導体素子収納用パ
ッケージを説明するための概略断面図である。

【符号の説明】

Ｇホウ珪酸系ガラス相Ｎ非酸化物系セラミック相Ａ半導体素子収納用パッケージ１絶縁基板２配線層３接続用電極４半導体素子Ｓ円形ボイドＢいびつボイド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｋ 1/03 ６１０Ｃ０４Ｂ 35/58 １０３Ａ１０４Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非酸化物系セラミックフィラーを５〜７０
重量％と、ガラス転移点が８００℃以下であり、かつ１
２００℃で加熱溶融したガラス融液中に純度９６重量％
以上の前記非酸化物系セラミックスを５分間浸積した後
の単位表面積あたりの重量減少が０．１５ｇ／ｃｍ²以
下のホウ珪酸系ガラスを３０〜９５重量％とからなるこ
とを特徴とする低温焼成磁器組成物。
【請求項２】前記非酸化物系セラミックフィラーが、Ａ
ｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、ＢＮの群から選ばれる１種以
上であることを特徴とする請求項１記載の低温焼成磁器
組成物。
【請求項３】前記ガラス中のＰｂ、Ｂｉ、Ｃｕおよびア
ルカリ金属元素の含有量が総量で０．５重量％以下であ
ることを特徴とする請求項１または２記載の低温焼成磁
器組成物。
【請求項４】前記組成物の焼成によって、前記ホウ珪酸
系ガラスが、結晶化することを特徴とする請求項１乃至
請求項３記載の低温焼成磁器組成物。
【請求項５】非酸化物系セラミック相を５〜７０重量％
と、ホウ珪酸系ガラス相を３０〜９５重量％の割合で含
み、熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ以上、相対密度が９５％以
上の磁器であり、該磁器中における断面観察における全
ボイド数に対する円形ボイド数の比率が５０％以下であ
ることを特徴とする低温焼成磁器。
【請求項６】前記非酸化物系セラミック相が、ＡｌＮ、
Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、ＢＮの群から選ばれる少なくとも１
種からなることを特徴とする請求項５記載の低温焼成磁
器。
【請求項７】前記磁器中のＰｂ、Ｂｉ、Ｃｕおよびアル
カリ金属元素の含有量が総量で０．５重量％以下である
ことを特徴とする請求項５または請求項６記載の低温焼
成磁器。
【請求項８】前記ホウ珪酸系ガラス相から、酸化物セラ
ミック結晶相が析出していることを特徴とする請求項５
乃至請求項７のいずれか記載の低温焼成磁器。
【請求項９】非酸化物系セラミックフィラーを５〜７０
重量％と、ガラス転移点が８００℃以下であり、かつ１
２００℃で加熱溶融したガラス融液中に純度９６重量％
以上の前記非酸化物系セラミックスを５分間浸積した後
の単位表面積あたりの重量減少が０．１５ｇ／ｃｍ²以
下のホウ珪酸系ガラスを３０〜９５重量％との割合で混
合し、これを所定形状に成形後、１０００℃以下にて焼
成することを特徴とする低温焼成磁器の製造方法。
【請求項１０】前記非酸化物系セラミックスが、Ａｌ
Ｎ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、ＢＮの群から選ばれる少なくと
も１種からなることを特徴とする請求項９記載の低温焼
成磁器の製造方法。
【請求項１１】前記ホウ珪酸系ガラス中のＰｂ、Ｂｉ、
Ｃｕおよびアルカリ金属元素の含有量が総量で０．５重
量％以下であることを特徴とする請求項９または請求項
１０記載の低温焼成磁器の製造方法。
【請求項１２】前記ガラスが、焼成によって結晶化する
ことを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれか記
載の低温焼成磁器の製造方法。
【請求項１３】絶縁基板の表面および／または内部に低
抵抗金属からなる配線層を形成してなることを特徴とす
る配線基板において、前記絶縁基板が、非酸化物系セラ
ミック相を５〜７０重量％と、ホウ珪酸系ガラス相を３
０〜９５重量％の割合で含み、熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ
以上、相対密度が９５％以上の磁器からなり、該磁器中
における断面観察における全ボイド数に対する円形ボイ
ド数の比率が５０％以下であることを特徴とする配線基
板。
【請求項１４】前記非酸化物系セラミック相が、Ａｌ
Ｎ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、ＢＮの群から選ばれる少なくと
も１種からなることを特徴とする請求項１３記載の配線
基板。
【請求項１５】前記磁器中のＰｂ、Ｂｉ、Ｃｕおよびア
ルカリ金属元素の含有量が総量で０．５重量％以下であ
ることを特徴とする請求項１３または請求項１４記載の
配線基板。
【請求項１６】前記ガラス相から、酸化物結晶相が析出
していることを特徴とする請求項１３乃至請求項１５の
いずれか記載の配線基板。
【請求項１７】非酸化物系セラミックスを５〜７０重量
％と、ガラス転移点が８００℃以下であり、かつ１２０
０℃で加熱溶融したガラス融液中に純度９６重量％以上
の前記非酸化物系セラミックスを５分間浸積した後の単
位表面積あたりの重量減少が０．１５ｇ／ｃｍ²以下の
ホウ珪酸系ガラスを３０〜９５重量％との割合で混合
し、これを所定の基板形状に成形後、該成形体表面に、
低抵抗金属を含有する導体ペーストを印刷塗布した後、
１０００℃以下で焼成することを特徴とする配線基板の
製造方法。
【請求項１８】前記非酸化物系セラミックスが、Ａｌ
Ｎ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＳｉＣ、ＢＮの群から選ばれる少なくと
も１種からなることを特徴とする請求項１７記載の配線
基板の製造方法。
【請求項１９】前記ホウ珪酸系ガラス中のＰｂ、Ｂｉ、
Ｃｕおよびアルカリ金属元素の含有量が総量で０．５重
量％以下であることを特徴とする請求項１７または請求
項１８記載の配線基板の製造方法。
【請求項２０】前記ガラスが、焼成によって結晶化する
ことを特徴とする請求項１７乃至請求項１９のいずれか
記載の配線基板の製造方法。